Smart City – Lösungen für intelligente IoT-Parksensoren

Intelligente Parksysteme umfassen ein IoT-basiertes System, das Daten zu freien (und belegten) Parkplätzen durch ein drahtgebundenes oder drahtloses System über das Web oder die mobile Anwendung überträgt. Das IoT-Gerät, das eine Steuerung und mehrere Sensoren beinhaltet, wäre über mehrere einzelne Parkplätze verteilt. Benutzer erhielten ein Update der verfügbaren Parkplätze in Echtzeit und könnten dann ihren gewünschten Platz auswählen.

Architekturmodell für intelligente IoT-Parksysteme

Das System besteht aus Sensoren, einem Gateway und einer Datencloud. Die generierten Daten von einem bestimmten Standort werden an das Gateway weitergeleitet, das sie wiederum an den Zugangspunkt sendet, an dem der Benutzer auf die Daten zugreifen kann. Das Gateway verwaltet die Daten in seinem Netzwerk und die Zugangspunkte werden von verschiedenen Dienstleistern verwaltet. Die Daten aus Sensornetzwerken werden von Benutzern mobiler Geräte geteilt.

Abb.: Architektur für intelligentes Parken

Zu den am weitesten verbreiteten Sensoren für intelligente IoT-Parksysteme gehören:

• Bilderkennungssysteme
• Überkopfradare
• Magnetometer
• Ultraschallsensoren
• Infrarotsensoren (IR)

Bilderkennungssysteme

Bilderkennungssysteme basieren auf digitalen Sensoren, die in industriellen Kameras und Optiken eingebettet sind und der Erfassung von Bildern dienen.Der integrierte Hard- und Softwareprozess analysiert und misst verschiedene Attribute, um ein aussagekräftiges Ergebnis zu erzielen.

Die Raspberry Pi V2-Kamera führt automatische Steuerungsfunktionen mittels leistungsstarker OmniBSI-Technologie aus (hohe Empfindlichkeit, geringes Übersprechen und geringes Rauschen). Wie bereits erwähnt, erfasst sie Kfz-Kennzeichen, wenn erkannt wird, dass sich ein Fahrzeug auf einem Stellplatz befindet.

Abb.: Raspberry Pi -Kamera

Radarsensoren

Der Radarsensor erzeugt 2D-Bilder mithilfe künstlicher Intelligenz und kann Videokameras ersetzen.Das trainierte neuronale Netz synthetisiert die Bilder. Daraufhin wird der Parkplatzstatus angezeigt.Diese Sensoren bieten die Möglichkeit, ein leistungsstarkes Gerät zu verwenden, um mehrere freie Parklücken abzudecken.

Magnetometer

Diese Sensoren verwenden das umgebende Magnetfeld, um große metallische Objekte wie Fahrzeuge zu identifizieren. Sensoren sammeln zum Beispiel Informationen, um ein Bedarfsprofil für Parkplätze zu erstellen, wobei belegte Parkplätze (markiert) im Vergleich zu leerstehenden Parkplätzen stärker hervorgehoben werden. Magnetschleifendetektoren ähneln Magnetometern, mit dem Unterschied, dass das Magnetfeld verändert wird, wenn Objekte die Schleife passieren und folglich erfasst werden. Das Produkt ist mit RFID ausgestattet, sodass eine Parkplatzreservierung auf der Straße durchgeführt werden kann

Infrarot

Infrarotsensoren messen den Abstand zwischen zwei Objekten. Wenn sich ein Objekt dem Sensor nähert, wird das Infrarotlicht der LED vom Objekt reflektiert und vom Empfänger aufgenommen. Der Infrarotsensor arbeitet mit Licht, sodass jedes vor dem Sensor befindliche Objekt zu einer Fehlerkennung führen kann.

Abb.: Infrarotsensor

Funksensoren

Mobiltelefone sind heute selbstverständlicher Bestandteil des Lebens von Menschen und werden in intelligenten Parksystemen eine zentrale Rolle spielen. Fast alle modernen Handys verfügen über einen in die Kamera integrierten QR-Codescanner. Scanbare speziell entwickelte QR-Codes helfen Benutzern dabei, ihre jeweiligen Parkplätze zu finden. Die Informationen werden dann an den Server der Lösung gesendet, um den Status zu aktualisieren. Das System ermöglicht es Benutzern im Bedarfsfall, den Standort ihres Fahrzeugs einfach zu erfassen.

Ultraschallsensoren

Diese Sensoren geben Schallwellen einer vorgegebenen Frequenz aus und messen den Abstand zwischen sich und dem im Wellenpfad stehenden Objekt. Dank der Effektivität und Präzision dieser Technologie wird sie in vielen intelligenten Parklösungen verwendet. Mit diesen Sensoren wird erkannt, ob ein Parkplatz frei oder belegt ist (Parkstatus). In Forschungsstudien wurden verschiedene Arten von Technologien zur Übertragung und Verarbeitung sensorgenerierter Daten getestet. Zum Beispiel wurde ein Sensor auf einem Untergestell platziert und die Daten wurden über Wi-Fi an einen Raspberry Pi gesendet. Eine weitere Lösung bestand in der Verwendung eines Kabels, das mit einem Prozessor von Arduino mit Anschluss an ein XBee-Netzwerk verbunden war. Es ist möglich, einen Sensor mit einem HTTP-Server zu verbinden, der die Verfügbarkeit von Parkplätzen überprüft. In ähnlicher Weise wurde mit einer weiteren Lösung die Verwendung eines drahtlosen Xmesh-Netzwerks vorgeschlagen. Kontinuierliche technologische Fortschritte haben neue Implementierungen befördert, welche LPWAN-Technologien wie LoRa umfassen. Letzteres verbindet Sensoren zur Übertragung des Parkplatzstatus.

Ultraschallsensoren werden einzeln implementiert. Das bedeutet, dass für jeden Stellplatz ein Sensor verwendet wird. Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass diese kostengünstigen Sensoren eine hohe Erfassungsgenauigkeit aufweisen.

Abb.: Ultraschallsensor

Vernetzung

Netzwerke können über Wi-Fi, Bluetooth, mobile Kommunikationstechnologien oder IoT-Drahtlosprotokolle implementiert werden, wobei gelegentlich ZigBee, LoRa oder NB-IoT verwendet wird.

Die IoT-Drahtlosprotokolle und Wi-Fi-Technologien werden für die Sensorkommunikation im Vergleich zu 3G- und 4G-Technologien bevorzugt. Für die Verbindung mit dem Endbenutzer kann jedoch jede Technologie verwendet werden, die Internetzugang bietet.

Strategie zur Sensorauswahl

Die Sensoren werden basierend auf Erkennungsautonomie, einfacher Installation und Sensorkosten ausgewählt. Erkennungsautonomie ist die Fähigkeit eines Sensors, selbst zu bestimmen, ob der Platz frei oder belegt ist. Beispielsweise benötigen Kameras zusätzliche Elemente für die Verarbeitung, während Ultraschallsensoren eine sofortige Erkennung ermöglichen. Der Ausdruck „einfache Installation“ bezieht sich darauf, einen Sensor überall platzieren zu können, mit der gelegentlichen Anordnung in komplexen Infrastrukturen wie strukturierte Verkabelung, elektrische Verbindungen und Luftrinnen. Andere Sensoren müssen nur eingegraben werden.

Diese Tabelle dient als Orientierungshilfe zur Auswahl eines Sensors auf der Grundlage der beschriebenen Bedingungen und als Teil von intelligenten Parklösungen. Die folgende Abbildung zeigt einen Vergleich zwischen verschiedenen Sensoren.